Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Формирование парка транспортных средств (ТС) проводится с учетом потребности в выполнении определенных объемов и видов работ. Прежде всего, устанавливаются по перспективным планам объемы основных видов работ в физическом измерении. Определяются организационно-технологическая структура и методы механизации работ. На основе заданного уровня механизации работ устанавливается годовой объем каждого вида транспортных работ, подлежащих выполнению.

По данным о состоянии транспортного парка принимаются решения о замене выбывающих (списываемых) машин, внедрении новых машин и средств малой механизации.

При формировании парка машин необходимо учитывать условия производства, влияющие на производительность машин, а также возможности их взаимозаменяемости. Во всех случаях следует стремиться к выбору машин, которые могут быть в максимальной степени эффективно использованы в производстве [1; 3].

Необходимым и неотъемлемым этапом в повышении эффективности функционирования парка транспортно-технологической техники является разработка методики выбора рациональной структуры подвижного состава парка [5]. При формировании крупных парков машин для оптимизации структуры применяются математические методы.  Математическая модель эффективности предприятия базируется на принципах системного анализа.

Совокупность целевых функций, образующих вектор полезного эффекта, можно представить в виде:

  ,                                                   (1)

где fi – стоимость транспортной операции i -й группы транспортных средств, i=1….n;

Вектор варьируемых параметров системы – транспортные средства.

  ,                                             (2)

где Ni – количество транспортных средств i -й группы.

Вектор внешних возмущений характеризует работу, выполняемую ТС

  ,                                          (3)

где  ∆L – изменение вида работ i -й группы транспортных средств.

Вектор фиксированных внутренних параметров составляют затраты на содержание ТС:

 ,                                                     (4)

где ai – затраты на содержание i -й группы транспортной техники.

Показателем, характеризующим эффективность функционирования парка ТС, является коэффициент эффективности работы парка, который можно представить в виде:

           ,                                                     (5)

где   Vj – объем j-го вида специализированных работ, выполняемых парком;

pj – стоимость j-го вида специализированных работ, выполняемых парком;

Сi – затраты на эксплуатацию i -й группы ТС.

Согласно [2] и с учетом особенностей эксплуатации ТС затраты на эксплуатацию группы подвижного состава определяются как:

           (6)

где  – количество ТС i -й группы; k – коэффициент отношения водителей на одно ТС; – часовая тарифная ставка рабочего при простое i -го ТС; Фпр – годовой фонд времени простоя ТС;  – стоимость одного километра при холостом пробеге i -го ТС;          - холостой пробег i -го ТС; Q – грузоподъёмность i-й машины; – выполненный объем работы i - го ТС;  – тарифная ставка рабочего при работе i-го вида транспорта;                 – стоимость литра топлива;  – стоимость i -го сменного блока;  – стоимость i -го ТC; – базовая норма расхода топлива i-го ТС; – надбавка к расходу топлива, учитывающая условия эксплуатации; – расход топлива i-го ТС при выполнении i -го вида работ; Hcмi – норма расхода смазочных материалов i -го ТС;  – количество сменных блоков (шин, пил, тросов и др.) i -го ТС;  – норма расхода сменных блоков i -го ТС;          – норма амортизации i -го ТС.

Анализируя выражение (6), получаем, что каждое из слагаемых содержит множитель NЛТСi – количество единиц техники в i -й группе. С учетом этого выражение (7) можно представить как:

                           ;             ,                                             (7)

где Ci – затраты на эксплуатацию единицы техники в i-й группе.

При формировании математической модели принимается .

С учётом выражений (5-7) целевая функция оптимизации состава парка ТC примет следующий вид:

.                                      (8) 

Предлагается для оптимизации структуры парка ТС использовать алгоритм                      ЛПt - поиска.

Рассмотрим n-мерное пространство, состоящее из точек А с декартовыми коор­динатами (). Таким образом, каждой точке А пространства параметров соответствует конкретный набор параметров (), соответствующий конкретному составу парка ТС. В качестве ограничения примем затраты на эксплуатацию парка транспортной техники, которые желательно сократить:

                                               .                                                     (9)

Обозначим через G подмножество параллелепипеда П, состоящее из точек А, удовлетворяющих ограничению (9). Множество G может быть любым замкнутым множеством. Единственное ограничение: объем G дол­жен быть положительным (Vc > 0). Пусть D – множество точек А, которые удовлетворяют заданному ограничению (9), так что ; если множество D не пусто, то оно замкнуто.

В основе предлагаемого алгоритма лежит численное исследование пространства параметров проектируемой системы. Блок-схема алгоритма метода исследования пространства параметров изображена на рис. 1.

Исследование проводится в четыре этапа.

Предварительный этап – выбор пробных точек. Во всех расчетах мы использовали точки ЛПt - последовательности. По декартовым координатам очередной точки  вычисляются декартовы координаты точки, принадлежащей параллелепипеду П:

                                   (10)

При  рассчитываем значения параметра Собщ. Проверяем выполнение функциональных ограничений. Если они выполнены, то точка  отбирается в качестве пробной точки в G и вычисляются все; в противном случае точка  отбрасывается.

1-й этап: составление таблиц испытаний. Этот этап выполняется ЭВМ без вмешательства человека. Последовательно выбираются пробные точки, равномерно расположенные в G. В каждой из точек вычисляются значения F и Собщ и составляется таблица испытаний (табл. 1), в которой значения F расположены в порядке убывания.

 

Рис. 1. Блок-схема алгоритма формирования оптимальной структуры парка  машин

 

2-й этап: задание ограничения для Собщ. Этот этап предпо­лагает вмешательство эксперта, который должен назначить ограничение для каждого вида ТС.

3-й этап: проверка непустоты D. Этот этап также выполняется автоматически, без вмешательства человека. Если множество D не пусто, то задача (10) имеет решение.

В противном случае следует вернуться ко второму этапу и ослабить ограничения. Если ослабление ограничений невозможно, то необходимо вернуться к первому этапу и увеличить количество N пробных точек, чтобы повторить второй и третий этапы с таблицами испытаний большего объема.

На третьем этапе мы находим не одну, а  точек, принадлежащих D. Очевидно, . Множество этих точек обозначаем через DN. Для того чтобы получить наиболее оптимальную структуру парка машин, удовлетворяющую условиям (8) и (9), необходимо выбрать , при котором значение F будет минимальным. На данном этапе также целесообразно привлечение эксперта.

Постановка задачи: определить оптимальную структуру парка транспортных средств, при которой эффективность их эксплуатации будет максимальной. В качестве показателя эффективности принимаем коэффициент эффективности работы парка. Данная задача является многокритериальной. Определим исходные данные и ограничения для ее решения.

Исходные данные.  Варьируемые параметры – количество единиц транспортной техники в парке: α1 универсальная машина для валки – ЛЗ-3;  α2 - пильные аппараты для агрегатных машин – ЦДТ-7ш; α3 - агрегат сучкорезно-раскряжевочный СМ –34;  α4 - погрузочно-разгрузочные устройства МГУ-70М; α5 - навесное оборудование для лесозаготовительных работ ОН-1;  α6 - чокер для трелевки леса ЧТ-1;  α7 - мини-трактор – КМЗ-012;  α8 - мотоблок – Мб-2;  α9 - мотокультиватор – крот; мототележка – С-3.901;            α10 - трактор лесохозяйственный – ХТА-200-02; α11 - трактор трелевочный – ТТ-4М;  α12 - тягач-роспуск – КрАЗ-6443;  α13 - форвардер – КС-421;  α14 - экскаватор – ЭО 70-2621.

Ограничения: Собщ - затраты на эксплуатацию парка транспортной техники (млн  руб/год):  (значение ограничения установлено экспертом) Критерии качества - эффективность работы парка ТС. Данный показатель должен быть максимальным.

Для решения поставленной задачи программа задает небольшие пределы варьирования параметров, приведенные выше. Они определяют пятнадцатимерный параллелепипед П, в центре которого расположена точка . В качестве пробной точки была выбрана структура парка машин ООО «Ковровский лесокомбинат», его структура определялась экспертным путем.

Подсистема генерирует множество точек и отбирает из них те, которые удовлетворяют наложенному ограничению. Оптимальной признается та структура парка, которой соответствует максимальное значение параметра эффекта. В параллелепипеде П при заданных ограничениях было проведено  испытаний. Количество точек, удовлетворяющих заданному ограничению (эффективность отбора ). Результаты расчета представлены на рис. 2.

Среди отобранных 150 точек, попавших в таблицу испытаний, необходимо выделить наиболее эффективные. С учетом указанных критериев самой эффективной оказалась точка , так как для данной структуры парка коэффициент эффективности максимальный.

Вывод. Таким образом, предложенный подход позволяет определить оптимальную структуру состава парка транспортно-технологических машин, исходя из типов и объемов выполняемых работ, а также затрат на эксплуатацию каждого типа ТС.

Рис. 2. Оптимизация структуры состава парка транспортных машин

 

Рецензенты:

Бурмистрова О.Н., д.т.н., зав. кафедрой технологии и машин лесозаготовок ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет», г. Ухта;

Павлов А.И., д.т.н., профессор кафедры инжиниринга технологических машин и оборудования ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»,             г. Ухта.